开题报告--半波偶极子天线的仿真设计

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1、 毕 业 设 计 开 题 报 告 题 目 半波偶极子天线的仿真设计 学生姓名 学号 所在院(系) 物理与电信 工程学 院 专业班级 电子信息 科学与技 术1202班 指导教师 2016 年 03 月 19 日 题 目 半波偶极子天线的仿真设计 一、选题的目的及研究意义 通信、雷达、导航、广播、电视等无线电设备，都是通过无线电波来传递信息的， 都需要有无线电波的辐射和接收。在无线电设备中，用来辐射和接收无线电波的装置称 为天线，天线为发射机或接收机与传播无线电波的媒质之间提供所需要的耦合。无线电 发射机输出的射频信号功率，通过馈线（电缆）输送到天线，由电线以电磁波形式辐射 出去。电磁波到达接收地

2、点后，由天线接下来（仅接收很小很小一部分功率），并通过 馈线送到无线电接收机。可见，天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备，没 有天线也就没有无线电通信。 传统的天线设计方法是由设计师根据天线的分析理论以及自己的经验通过编程进行 数值计算的方法确认天线的各个参数，这样做不仅花费了大量的时间和精力，而且费用 昂贵。而半波偶极子天线是一种结构简单的基本线天线，具有制作简单、成功率高、性 能优越等优点。由两根直径和长度都相等的直导线组成，每根导线长度均为四分之一波 长，并且导线的直径远小于工作波长。由于结构简单,广泛应用于通信、雷达和探测等各 种无线电设备中,适用于短波、超短波,甚至微波等不同

3、波段。可以说，半波偶极子天线是 迄今为止使用最广泛的天线。 此外,很多天线都是在半波振子的基础上演化而来的。 因此， 研究半波偶极子天线，了解半波偶极子天线的辐射特性和性能指标，对于初涉天线领域 的工作者和研究人员，可以起到举一反三、触类旁通的作用。并且，随着半波偶极子天 线技术的提高，厂商的生产成本费用减少必将使得电子产品更大程度的进入千家万户， 提高人们的生活水平。 通过本次课题了解并掌握半波偶极子天线的基本概念和原理，在此基础上，学会使 用一种三维电磁仿真软件（此处我选择 HFSS v10），利用该软件设计实现一种半波偶极 子天线，并对仿真结果进行性能测试。 二、综述与本课题相关领域的研

4、究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等 自 90 年代以来，我国的无线通信业一直保持高速发展，手持无线终端设备在人们日 常生活中起着重要作用。作为系统发射和接收电磁波的重要前段器件天线，其性能对整 个系统的通信质量至关重要。天线已随处可见，它与我们的日常生活密切相关。天线发 展虽然已有一百多年时间，但有关天线的各个方面还在不断发展。例如： (一) 在天线理论方面 除了分析天线的矩量法、几何绕射法、平面波谱展开法之外，以后又相继出现了有 限元法、时域有限差分法等用于天线分析。有名的天线分析与设计软件有如下几种： (1) Ansoft 公司的 HFSS 软件。是基于有限元法为核心编写的。 (2)

5、Zland 公司的 IE3D 软件。是基于矩量法的。 (3) Zland 公司的 FIDELITY 软件。是基于 FDTD 法的。 (4) 另外还有 CST 软件，microwave office 等 (二) 在天线应用方面 从航空、航天、航海、火箭发射的跟踪控制、导弹制导、电子对抗、卫星通信、遥 感遥测等到与个人密切相关的无线电广播、电视和移动通信，山区电话的无线接入，计 算机无线接入互联网等，都离不开天线。根据特殊的应用不断地提出和发展一些新型的 天线，如一直在发展和研究的单脉冲阵列天线、相控阵天线、微带天线及微带阵列天线、 自适应天线、智能天线、有源天线，超宽带天线、天线小型化等。 因此

6、，半波偶极子天线这种基础天线在未来需求量巨大，便宜高质量基础天线将会 是各生产厂家喜爱的产品。制作简单，成功率高，性能优越的半波偶极子天线也将会受 到需求者的青睐。 由于天线设计的复杂性和成本的考虑，在加工制造一个天线实物之前，需要预先采 用计算机模拟仿真的方法，对所要设计的天线进行仿真，以得出该天线的性能指标及辐 射分布情况。在诸多电磁仿真工具中，美国 ansoft 公司的 HFSS 是用得最为广泛的一种 电磁仿真工具。HFSS 是高频结构仿真器（High Frequency Structure Simulator）的缩写。 Ansoft 公司最早在电磁仿真中使用如切线矢量有限元，自适应网格，和 ALPS 等有限元 法解决 EM 仿真问题。 Ansoft HFSS 是